化肥廠生產(chǎn)過程及工藝流程 煤制合成氨、尿素 C+ 0.5 O2 → CO C+ O2 → CO2 CO + H2O →CO2+ H2 H2+N2→NH3 CO2 + 2NH3 → CO (NH2)2 1 全廠流程簡介 備煤 煤氣化 變換 低溫 甲醇洗 液氮洗 合成壓縮 空分 蒸氣 N2 空氣 供熱站 蒸汽渣 煤 硫回收 S 氨 煤 煤制合成氨、尿素流程簡圖 尿素合成 尿素 CO2 N2 2 過程工藝描述 （1）水煤漿氣化制合成氣裝置 由水煤漿制備工序來的水煤漿送入煤漿槽儲存待用。濃度約為63％的水煤漿通過煤漿給料泵加壓輸送到氣化爐頂部工藝燒嘴，并與空分裝置來的純氧分別進入氣化爐在6.5MPa(G)，約1400℃工藝條件下，水煤漿與純氧進行部分氧化反應，生成粗合成氣。 反應后的粗合成氣和溶渣進入氣化爐下部的激冷室。在激冷室中，粗合成氣經(jīng)冷卻、洗滌，將粗合成氣中的大部分碳黑洗去，并和粗渣分開。出激冷室的粗合成氣直接進入文丘里洗滌器和碳洗塔進一步洗滌，除去粗合成氣中殘留的碳黑，然后將水蒸汽／干氣比約1.3～1.5的合成氣送至變換工序。 溶渣被激冷室底部通過破渣機進入鎖斗，定期排入渣池，渣池設有撈渣機將粗渣撈出，裝車運往園區(qū)免燒磚項目。 渣池中含細渣的灰水通過渣池泵送至真空閃蒸器。 碳洗塔的液位通過控制進入塔內的灰水量來維持，碳洗塔內的黑水分兩股排出，一股黑水去高壓閃蒸器；另一股由灰水循環(huán)泵送至氣化爐也進入高壓閃蒸器，黑水經(jīng)減壓，閃蒸出黑水中溶解的氣體并通過變換冷凝液加熱器回收閃蒸汽的熱量，通過高壓閃蒸分離器，閃蒸出的氣體至變換或火炬，水送入脫氧水槽。 （2）凈化裝置 a. 變換 變換工序主要反應式為： COS+H2O——CO2+H2S+Q CO+H2O——CO2+H2+Q 由氣化送來粗煤氣經(jīng)煤氣水分離器分離掉少量的冷凝液及灰塵后，經(jīng)中溫換熱器溫度升高至250℃，進第一中溫變換爐。第一中溫變換爐分上、下兩段，爐內裝有兩段三層耐硫變換觸媒，層間配有煤氣激冷管線調溫，出第一中溫變換爐變換氣CO含量為24％(干)，溫度為420℃左右。變換氣經(jīng)中溫換熱器降溫后進淬冷器，用本工段產(chǎn)生的高溫冷凝液淬冷至240℃，然后進入第二中溫變換爐，爐內裝有兩段耐硫變換觸媒，出口變換氣CO濃度為4.0％(干)，溫度為358℃左右，進入中變廢熱鍋爐，產(chǎn)生1.0MPa(G)的低壓蒸汽，使變換氣溫度降溫進入低溫變換爐，低溫變換爐裝兩段耐硫變換觸媒，出口變換氣CO濃度為1.0％(干)，溫度升至為222℃左右，進入低變廢熱鍋爐，產(chǎn)生0.4MPa(G)的低壓蒸汽，變換氣溫度降至163℃；經(jīng)第一水分離器分離出冷凝液后的變換氣進入鍋爐給水加熱器，溫度降至140℃，然后進入脫鹽水加熱器溫度降至70℃、進變換氣水冷器溫度降至為40℃，進水洗塔，在塔底進行氣液分離后，氣體經(jīng)塔頂40℃洗滌水洗滌除去NH3后送至甲醇洗工段。 第一水分離器的冷凝液經(jīng)冷凝液泵Ⅰ，升壓后送至淬冷器作為淬冷用冷凝液，多余部分送至氣化工段。水洗塔塔底出來的冷凝液與煤氣水分離器出來的冷凝液一起進入冷凝液氣提塔上部，氣化來的高閃氣進冷凝液氣提塔中部。用低壓蒸汽氣提除氨后的變換冷凝液經(jīng)冷凝液泵Ⅱ，送氣化工段，塔頂氣經(jīng)塔頂冷凝器降溫、冷凝、分離后，不凝氣送至硫回收處理。 脫鹽水站來的脫鹽水進入脫鹽水加熱器與變換氣換熱溫度升至95℃，一部分送鍋爐房，另一部分進入除氧器脫氧。除氧器用本工段產(chǎn)生的低壓蒸汽吹入脫氧，脫氧后的鍋爐給水一部分經(jīng)中壓鍋爐給水泵升壓至2.1 MPa(A)分別送至中壓廢熱鍋爐、脫硫工段和氣化工段；另一部分經(jīng)低壓鍋爐給水泵升壓到0.8MPa(A)，送至低壓廢熱鍋爐；第三部分經(jīng)氣化補水泵升壓至5.5MPa(G)后分為三股，第一股經(jīng)洗滌水冷卻器冷至40℃后作為水洗塔用洗滌水，第二股作為氣化補水送至氣化，第三股送至氨合成工段。 b. 低溫甲醇洗 本工段采用低溫甲醇洗工藝，主要脫除合成氣中CO2、H2S和H2O。 為了防止低溫時氣體所帶的水份凍結、堵塞纏繞式換熱器的管道，在變換氣冷卻前注入少量甲醇，氣體被冷卻至約-7℃后先送入吸收塔，用來自CO2吸收塔的富甲醇液洗滌，除去變換氣中的大部分H2S、COS和CO2。 洗滌后的變換氣進入CO2吸收塔下部，用來自熱再生塔的貧甲醇液洗滌，進一步除去氣體中微量的H2S和CO2凈化氣體(CO2≤20PPm，H2S＜1ppm)從塔頂排出，經(jīng)換熱溫升至常溫后送往后續(xù)工序。 吸收了變換氣中大部分H2S、COS和CO2的富甲醇液進熱再生塔，利用低壓蒸汽或熱變換氣提供的熱量進行再生。熱富甲醇液從熱再生塔底抽出，經(jīng)冷卻后進入克勞斯氣分離器，含H2S約25％vol的酸性氣體從中分離出來，去克勞斯硫回收單元得到單質硫磺。從熱再生塔底抽出另一部分富甲醇液用泵抽至甲醇／水分離塔，利用塔底再沸器提供的熱量，將甲醇與水分離。廢水從塔底排出去界區(qū)，甲醇蒸汽從塔頂排出進熱再生塔中部，被熱再生塔的循環(huán)甲醇液吸收。再生后得到的貧甲醇用泵抽出，經(jīng)一系列的換熱后進CO2吸收塔上部作為洗滌吸收劑。CO2吸收塔下部的一部分富甲醇液進中壓閃蒸塔，將有用的含氫氣體閃蒸出來，經(jīng)閃蒸氣循環(huán)壓縮機壓縮回收，返回變換氣原料中。中壓閃蒸塔閃蒸后的甲醇溶液進再吸收塔，用來自空分裝置的低壓氮氣進行氣提，將溶液中的CO2氣體提出排放。塔中的甲醇液一部分作為熱再生塔的回流，另一部分用泵抽出，去克勞斯氣分離器作為洗滌液。 由硫回收工段來的克勞斯尾氣加入高壓甲醇進行水分吸收，然后通過克勞斯尾氣深冷冷器降溫，進入尾氣分離器，氣體送至再吸收塔，液體經(jīng)泵送至甲醇／水分離塔。 c. 液氮洗 由低溫甲醇洗送來壓力1.83 MPa、溫度-35℃的凈化氣因含有微量的CO2和CH3OH，為防止CO2和CH3OH在低溫下凍結堵塞換熱通道．凈化氣先進入吸附器(RO1A/B)，通過分子篩吸附后，使CO2和CH3OH含量小于0.110-6。脫除了CO2和CH3OH的凈煤氣在1.78MPa、-35℃下進入熱交換器后被冷卻到-182℃，使大部分CH4冷凝下來集存于氮洗塔底部。富CH4從氮洗塔底部抽出經(jīng)節(jié)流膨脹制冷，在熱交換器和復熱，這部分物流作為燃料離開本工段。在氮洗塔內，凈煤氣被塔頂流下的-182℃液氮洗滌，氣體中的CO和少部分CH4、Ar等組分被冷凝成液體，從氮洗塔下部抽出，經(jīng)節(jié)流膨脹制冷，通過熱交換器(E01)和(E02)復熱至34℃送出作為燃料。 經(jīng)液氮洗滌，氮洗塔頂出口CO和CH4小于110-6的氫氮氣在W0I配氮，調整氫氮比為3：1，并經(jīng)(W01)換熱回收冷量后，氣體離開液氮洗工段去壓縮機工段。 由氮氣壓縮機送來壓力2.2 MPa、溫度40℃的氮氣經(jīng)熱交換器(E01)換熱后，溫度降至-33．5℃，然后低溫氮氣進入膨脹透平(C01)膨脹后，溫度降至-105.6℃，經(jīng)熱交換器(E02)換熱回收冷量后送出放空。大部分氮氣再經(jīng)熱交換器(E01)冷凝成液氮供洗滌用。 H2：N2比的微調通過在冷箱外直接把高壓氮通入合成氣中實現(xiàn)。 （3）冷凍 由凈化裝置(低溫甲醇洗)(-38℃，0.03MPa(A))及氨合成裝置來的兩股氣氨(-15℃，0.22MPa(A)和 4℃，0.4MPa(A))，分別經(jīng)分離器后，分段進入壓縮機，最終壓縮到1.6MPa的氣氨，氣氨經(jīng)冷凝器冷凝為液氨后，液氨再進入液氨貯槽，最后液氨送往用戶。 來自管網(wǎng)的過熱蒸汽，進入汽輪機，產(chǎn)生的動力供壓縮機。冷凝液進入表面冷凝器冷卻后，經(jīng)冷凝液泵返回管網(wǎng)。 （4）硫回收 來自脫硫工段酸性氣經(jīng)過酸性氣分預熱器進入主燃燒爐，與按一定比例配入的空氣混合燃燒。爐內發(fā)生H2S部分氧化反應： H2S+3/2 O2＝SO2+H2O+Q1 H2S+1/2 SO2＝H2O+3/4S2+Q2 在燃燒爐內有65％的H2S轉化成單質硫。經(jīng)過廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽，再經(jīng)冷卻器冷卻生成的少部分硫磺分離進硫磺地下槽，氣體經(jīng)加熱器后依次進入二級克勞斯反應器和二級硫冷凝器，二氧化硫在催化劑作用下絕大部分生成單質硫磺，分別來自硫冷凝器的硫磺經(jīng)液封槽收集于液硫池，產(chǎn)品硫磺用液硫泵送出。反應后的尾氣經(jīng)冷卻和尾氣捕集器與加氫反應氣經(jīng)氣一氣換熱器換熱后，再經(jīng)電加熱器加熱，在過程氣與氫氣混合器中與氫氣混合后送至加氫反應器還原，還原氣經(jīng)換熱器回收余熱后送至急冷塔用冷卻水急冷，塔頂尾氣送回到甲醇洗進行再次吸收。急冷塔冷卻水通過急冷水泵、急冷水過濾器、急冷水空冷器、急冷水冷卻器循環(huán)利用，消耗的冷卻水從界外補充。 （5）壓縮合成 氨合成反應如下： N2+3H3 2NH3 △H298＝-92.44kJ/mol 來自合成氣壓縮機的15.4MPa氣體進入熱氣-氣換熱器。在換熱器中與來自鍋爐給水預熱器的反應氣通過交換被加熱到173.5℃。然后氣體送往氨合成塔在合適的氨合成催化劑下反應以增加氨的體積濃度到20.65％。可通過支路管線分流部分氣體來控制進塔氣的溫度。 反應氣可回收廢熱量，可產(chǎn)生25～40bar(A)飽和蒸汽。 在開車操作的早期階段，為加快熱循環(huán)部分，廢熱鍋爐也能用作加熱器。 來自廢熱鍋爐的反應氣進入到熱氣-氣換熱器的管程被冷卻到74℃，加熱合成原料氣。反應氣體再送往水冷卻器，在這里氣體被冷卻并有部分氨被冷凝。出口溫度是-39℃。合成氣和液氨混合物進入冷氣-氣換熱器，用自氨分離器1冷的循環(huán)氣在這里進行冷卻。氣體再被送往高溫冷凝器，在這里被用氨冷凍工段提供的液氨(在4℃)的蒸發(fā)冷卻到8℃。再進入低溫冷凝器，用液氨(在-15℃)蒸發(fā)冷卻到-9℃，發(fā)生進一步的氨冷凝。進入分離器。 從分離器中的合成氣分離出液體氨，循環(huán)氣通過冷氣-氣換熱器從6℃加熱到35℃進入合成氣壓縮機循環(huán)段的吸入口，為了使氨合成循環(huán)氣中惰性氣體濃度不超過氨合成反應過程的允許量，在氨分離器的出口氣體中連續(xù)排放一定量的吹除氣，送往氨回收工段。 來自分離器的液氨經(jīng)減壓，進入到中壓氨閃蒸罐，在這里分離閃蒸氣體，并得到最終產(chǎn)品液氨輸送到界區(qū)外。 來自中壓氨閃蒸罐閃蒸氣體，輸送到合成氣壓縮機新鮮氣吸入口。 （6）空分裝置 壓縮、預冷和純化系統(tǒng) 從入口空氣過濾器出來的空氣被去除了塵埃和其他機械雜質后，經(jīng)過空氣壓縮機壓縮至約0.63 MPa(A)進入空氣冷卻塔，在其中被水冷卻和洗滌?？諝饫鋮s塔采用循環(huán)水和經(jīng)水冷塔及水機組冷卻過的低溫水冷卻，空氣冷卻塔頂部設有游離水分離裝置和獨特的防液泛裝置，以防止工藝空氣中游離水份帶出。 出空氣預冷系統(tǒng)的工藝空氣進入用來吸附除去水份、二氧化碳、碳氫化合物的空氣純化系統(tǒng)，純化系統(tǒng)中的吸附器由兩臺容器組成；吸附容器采用立式內絕熱軸。徑層床結構，當一臺運行時，另一臺則由來自冷箱中的污氮通過蒸汽加熱器加熱后進行再生。 在分子篩吸附器之后抽出一股空氣，作為工藝空氣送到全廠管網(wǎng)。 分餾塔系統(tǒng):空氣精餾 2． 尿素裝置 (1)原料液氨和二氧化碳的壓縮、輸送 來自界區(qū)的原料液氨經(jīng)高壓氨泵加壓到約16.0MPa，通過高壓噴射器進入高壓甲銨冷凝器。 界區(qū)來的二氧化碳經(jīng)壓縮機增壓到約15.3MPa進入氣提塔，為了防腐需在壓縮機入口加入防腐空氣。 (2)高壓合成回收 尿素合成塔的反應條件為：合成壓力l3.8～14.5MPa，合成溫度185～188℃，NH3/CO2 (摩爾比)2.9～3.1，H2O/CO2 (摩爾比)0.4～0.5。 合成塔的反應混合物先送至氣提塔，在此利用2.16MPa的蒸汽加熱，將未轉化成尿素的大部分的甲銨和過剩氨分解分離。氣提塔出液經(jīng)減壓后送至低壓循環(huán)系統(tǒng)。氣提塔頂出氣送入高壓甲銨冷凝器頂部，液氨和一甲液也送到高壓甲銨冷凝器頂部，在此進行甲銨生成反應，并副產(chǎn)低壓蒸汽。高壓甲銨冷凝器低部出來的甲銨液、氨和二氧化碳混合物進入尿素合成塔低部，進行尿素的生成反應。 合成塔出口氣體送入高壓洗滌器進行冷凝吸收，高壓洗滌器出來的甲銨液流入高壓噴射器，通過液氨輸送到高壓甲銨冷凝器，高壓洗滌器未冷凝的氣體送往低壓吸收塔。 (3)低壓循環(huán) 離開氣提塔底部的尿液減壓后進入精餾塔，精餾塔下段為加熱段，甲銨分解所需熱量由高壓甲銨冷凝器副產(chǎn)的低壓蒸汽提供，尿液中的未反應物通過加熱進一步分解。離開精餾塔的尿液減壓到約0.045MPa(A)送入閃蒸槽，閃蒸槽出口氣體在真空系統(tǒng)冷凝，閃蒸槽出來的尿液流到尿液貯槽。 離開精餾塔低部的氣體進入低壓甲銨冷凝器，通過該冷凝系統(tǒng)回收氨和二氧化碳，低壓段回收后的甲銨液通過高壓甲銨泵送往高壓洗滌器。 (4)真空系統(tǒng) 閃蒸槽出來的尿液分別進入一、二段蒸發(fā)系統(tǒng)，使尿液濃縮到98％去造粒塔。 一、二段蒸發(fā)分離器出來的氣體送到蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)進行冷凝回收，回收的蒸發(fā)冷凝液送往解吸水解系統(tǒng)。 (5)解吸水解系統(tǒng) 蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)來的蒸發(fā)冷凝液，經(jīng)解吸塔和水解器處理后，其廢液中氨和尿素濃度分別小于3～5ppm送出界區(qū)，解吸后的富含氨和二氧化碳的氣體經(jīng)冷凝后送到低壓吸收段。